紅河供電局 云南紅河 661100

摘要：輸電線路故障測(cè)距用來(lái)解決線路故障定位問(wèn)題。論文詳細(xì)分析了阻抗測(cè)距法和行波測(cè)距法的原理及優(yōu)缺點(diǎn)。目前云南電網(wǎng)行波測(cè)距大部分只用在500kV線路。由于行波測(cè)距應(yīng)用不廣泛，絕大部分運(yùn)行人員對(duì)行波測(cè)距裝置不熟悉。論文旨在提高運(yùn)行人員對(duì)行波測(cè)距認(rèn)識(shí)，不斷提高對(duì)該裝置的管理水平。

關(guān)鍵詞：故障測(cè)距；阻抗測(cè)距；行波測(cè)距

輸電線路故障測(cè)距就是運(yùn)用輸電線路故障時(shí)的一些電氣量通過(guò)計(jì)算來(lái)確定故障點(diǎn)與變電站的距離，簡(jiǎn)單地說(shuō)就是故障點(diǎn)定位。精確的故障測(cè)距能夠減輕人工巡線的工作量，縮短故障修復(fù)時(shí)間，減少停電損失，同時(shí)也能發(fā)現(xiàn)造成線路瞬時(shí)故障的絕緣薄弱點(diǎn)、線路走廊下的樹(shù)枝等事故隱患。目前，常用的故障測(cè)距方法主要有阻抗測(cè)距發(fā)和行波測(cè)距法。故障錄波器和保護(hù)裝置測(cè)距功能就是利用阻抗測(cè)距法，行波測(cè)距裝置是利用行波測(cè)距法。

1 阻抗測(cè)距法

阻抗測(cè)距法是根據(jù)輸電線路故障時(shí)測(cè)量到的電壓、電流計(jì)算出故障回路阻抗。由于輸電線路阻抗近似均勻分布，即線路單位長(zhǎng)度阻抗可知，從而可以求出故障點(diǎn)到變電站的距離。變電站內(nèi)使用的線路保護(hù)裝置和故障錄波器都是運(yùn)用阻抗測(cè)距法來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)距功能。

新建線路投運(yùn)前，線路施工人員都要對(duì)線路參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)出線路長(zhǎng)度L，線路阻抗R+jX等參數(shù)。并將測(cè)量出的線路長(zhǎng)度和阻抗等參數(shù)作為定值置入線路保護(hù)裝置和故障錄波器。

圖1 輸電線路集中參數(shù)簡(jiǎn)圖

輸電線路集中參數(shù)簡(jiǎn)圖可表示為圖1。圖中M為變電站保護(hù)安裝處，K為故障點(diǎn)，Um和Im是故障時(shí)刻的保護(hù)安裝處的電流電壓。Zm=Um/Im即為故障時(shí)M到K點(diǎn)的阻抗值，由于輸電線路單位長(zhǎng)度阻抗z=（R+jX）/L已知，不難得出故障點(diǎn)K到變電站M的距離：

Lk=Zm/z=Um·L/Im（R+jX）

研發(fā)人員只要將上述計(jì)算公式以程序的形式置入裝置，很容易就能得到故障點(diǎn)到變電站的距離。

在上述推倒過(guò)程中，我們考慮的是非串補(bǔ)線路且故障點(diǎn)接地電阻近似為0（金屬性接地）的情況。如果輸電線路帶串補(bǔ)電容器輸電線路阻抗將不再是均勻分布。如果故障點(diǎn)非金屬性接地帶，裝置計(jì)算出來(lái)的故障阻抗不再是變電站到故障點(diǎn)的阻抗，而是變電站到故障點(diǎn)阻抗加上接地點(diǎn)阻抗。由此可見(jiàn)，阻抗測(cè)距誤差大，受到故障點(diǎn)接地阻抗，電流、電壓互感器傳變誤差，分布電容以及線路走廊地形變化引起零序參數(shù)變化等因素的影響。

2 行波測(cè)距法

行波測(cè)距法是根據(jù)行波理論實(shí)現(xiàn)的輸電線路故障測(cè)距方法。行波類似聲波是波的一種，它具有波的物理特性，能夠在同一介質(zhì)中恒速傳播，遇到兩種介質(zhì)交界面時(shí)會(huì)發(fā)生折射和反射現(xiàn)象。輸電線路上的行波分為穩(wěn)態(tài)行波和暫態(tài)行波。穩(wěn)態(tài)行波就是工頻電流、電壓信號(hào)，暫態(tài)行波就是由短路、斷線、開(kāi)關(guān)操作、雷擊及雷電等引起的高頻電流、電壓信號(hào)。

行波測(cè)距法就是利用故障行波在線路上的傳播時(shí)間測(cè)量故障距離。行波測(cè)距法可以分為單端測(cè)距法和雙端測(cè)距法。

2.1 單端測(cè)距法

輸電線路發(fā)生故障時(shí)，從母線向故障點(diǎn)傳播的行波經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后又從故障點(diǎn)反射回來(lái)，這段時(shí)間間隔與故障距離成正比。檢測(cè)這個(gè)時(shí)間段就是單端行波測(cè)距的思想。

圖2 單端測(cè)距原理圖

圖2故障行波在故障點(diǎn)K和變電站M之間的傳播過(guò)程示意圖。線路發(fā)生故障，故障點(diǎn)激發(fā)一系列高頻行波，其中一列行波沿線路傳播到變電站M，遇到母線后由于阻抗不連續(xù)（兩種介質(zhì)的交接面）此列行波發(fā)生反射后繼續(xù)想K點(diǎn)傳播，到達(dá)K點(diǎn)后由于阻抗不連續(xù)，再次發(fā)生反射傳回變電站M。

圖中T1時(shí)刻的波形就是行波到達(dá)變電站M時(shí)行波測(cè)距裝置記錄的初始波，T2時(shí)刻的波形即為故障點(diǎn)反射波。利用行波在輸電線路上有相對(duì)穩(wěn)定的傳播速度v這一特點(diǎn)，通過(guò)測(cè)量故障行波脈沖在母線與故障點(diǎn)來(lái)回反射的時(shí)間差Δt測(cè)距實(shí)現(xiàn)故障定位。故障點(diǎn)距離即為：

ZMK = Δt·v/2 =（T2-T1）v/2

上式中波速v約為294km/ms。

從硬件上來(lái)看，單端測(cè)距只需要在線路一端安裝裝置，現(xiàn)場(chǎng)施工簡(jiǎn)單，投資少；從原理來(lái)看，單端測(cè)距依賴行波到達(dá)母線的初始脈沖和反射脈沖，如果初始波頭和反射波頭能正確識(shí)別，則測(cè)距準(zhǔn)確，精度高。事實(shí)上我們得到的波形并不像原理圖中經(jīng)典波形那樣一目了然。實(shí)際上裝置記錄的波形是多列波形疊加所得到的，波形毛刺較多，非常不規(guī)則，分析困難，在反射波不明顯的情況下，容易導(dǎo)致測(cè)距失敗。此外現(xiàn)場(chǎng)的開(kāi)關(guān)操作、雷擊、相鄰線路故障等暫態(tài)過(guò)程也會(huì)產(chǎn)生行波易受干擾，很容易造成裝置誤啟動(dòng)。

2.2 雙端行波測(cè)距法

雙端測(cè)距是利用故障點(diǎn)產(chǎn)生的行波第一次到達(dá)兩端變電站的時(shí)間差來(lái)測(cè)量距離。圖3為雙端行波測(cè)距原理圖。

雙端測(cè)距需要在線路兩側(cè)的變電站都安裝行波測(cè)距。利用兩臺(tái)裝置分別記錄下行波到達(dá)的時(shí)刻（絕對(duì)時(shí)間）TM TN，實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)的測(cè)距。圖3中M、K、N三點(diǎn)有如下的數(shù)學(xué)關(guān)系：

圖3 雙端測(cè)距原理圖

LMK+LNK=LMN

LMK-LNK=（TM-TN）·v

由上述兩式推倒得：

LMK=（TM-TN）·v/2+ LMN/2

LNK=（TN -TM）·v/2+ LMN/2

從上述兩式可以看出，雙端行波測(cè)距只需要知道行波初始波到達(dá)兩側(cè)變電站的時(shí)間就可以計(jì)算故障距離，不存在折反射波性質(zhì)識(shí)別的問(wèn)題，而且初始行波一般幅值較大，奇異性較強(qiáng)，較容易識(shí)別。缺點(diǎn)就是故障線路的兩端均裝設(shè)行波故障測(cè)距裝置。云南電網(wǎng)目前不允許兩個(gè)變電站的行波測(cè)距裝置有通信，故只能采用電話獲取對(duì)方初始行波時(shí)間采用人工雙端測(cè)距。此外，現(xiàn)場(chǎng)的開(kāi)關(guān)操作、雷擊、相鄰線路故障等暫態(tài)過(guò)程也會(huì)產(chǎn)生行波，很容易造成裝置誤啟動(dòng)。

2.3 行波信號(hào)的收集與測(cè)量

上世紀(jì)八十年代經(jīng)過(guò)研究人員的實(shí)驗(yàn)研究，電流互感器能夠傳變行波信號(hào)。這一研究結(jié)果頁(yè)促使了行波測(cè)距的巨大發(fā)展。早期行波裝置采用電容分壓器測(cè)量電壓行波。目前電容電壓互感器CVT的廣泛引用，由于CVT電磁單元中隔離變壓器原邊串有相位補(bǔ)償電抗器（如圖4所示），阻擋了高平行波傳輸。所以，現(xiàn)在行波測(cè)距采用電流互感器收集電流行波。

值得注意的是行波測(cè)距接入電流互感器二次繞組，并不是為了采集工頻電流信號(hào)，僅僅為了收集故障時(shí)刻行波信號(hào)并記錄到達(dá)的時(shí)刻。未來(lái)的行波測(cè)距裝置發(fā)展方向很可能增加工頻錄波功能。

圖4 CVT結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

3 結(jié)束語(yǔ)

輸電線路行波測(cè)距就是為了能夠快速定位故障點(diǎn)。阻抗測(cè)距法和行波測(cè)距法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。阻抗測(cè)距法使用輸電線路的集中參數(shù)來(lái)表征分布參數(shù)，導(dǎo)致該方法測(cè)距不準(zhǔn)，不適用于T接線路俄和串補(bǔ)線路，當(dāng)目前阻抗測(cè)距法應(yīng)用是比較廣泛的。行波測(cè)距從原理來(lái)說(shuō)測(cè)距非常準(zhǔn)確，但是波形的過(guò)濾和采集是一個(gè)難點(diǎn)。針對(duì)500kV線路而言，兩種測(cè)距方法都在使用，互為校驗(yàn)。通過(guò)兩種測(cè)距結(jié)果綜合判斷來(lái)確定一個(gè)更加精確地故障范圍。